Рабочий процесс металлической аддитивной печати, ЧПУ и ГИП для прототипов турбин из суперсплавов
Рабочий процесс, включающий металлическую аддитивную печать (AM), обработку на станках с ЧПУ и горячее изостатическое прессование (HIP), полезен, когда прототипу турбины требуется функциональная геометрия, обучение в условиях мелкосерийного производства и доказательная база инспекции до того, как заказчик примет решение о литье, ковке, оснастке или повторном производственном маршруте. Покупатель приобретает не просто напечатанную форму. Запрос коммерческого предложения (RFQ) должен определять, что именно должен доказать прототип: посадку, поверхность воздушного потока, концепцию охлаждающих каналов, сборочную базу, реакцию материала, стратегию механической обработки, деформацию при термообработке или объем инспекции первого изделия.
NewayAeroTech может рассмотреть проекты прототипов на основе чертежей через услуги 3D-печати из суперсплавов, услуг 3D-печати, горячего изостатического прессования, ЧПУ-обработки суперсплавов и испытаний и анализа материалов. Пригодность зависит от сплава, геометрии, качества конечных поверхностей, требований к инспекции и от того, является ли прототип образцом для разработки, деталью для проверки сборки или элементом для валидации маршрута.
Что должен доказать прототип, изготовленный методом металлической аддитивной печати
Для данного RFQ покупатели должны сначала определить доказательства, ожидаемые от прототипа, изготовленного методом металлической аддитивной печати. Напечатанный кронштейн из сплава Inconel 718, элемент малой лопатки, пробный образец бандажа, образец оборудования горелки или испытательный образец турбины могут поддерживать различные решения. Прототипу для проверки посадки могут потребоваться только стабильные базы и сборочные поверхности. Прототипу проточной части необходим контроль поверхности и инспекция критических профилей. Прототипу для изучения процесса могут потребоваться ГИП, термообработка, механическая обработка и испытания материалов, чтобы показать, заслуживает ли данный маршрут дополнительных инвестиций.
Поставщик не может предлагать один и тот же рабочий процесс для каждой напечатанной детали из суперсплава. Цель прототипа определяет ориентацию построения, стратегию поддержек, припуск на обработку, порядок постобработки, уровень инспекции и условия поставки. Если покупателю нужна только заготовка, близкая к чистовой форме (near-net), коммерческое предложение может быть узконаправленным. Если покупатель ожидает обработанную и проинспектированную пробную деталь, рабочий процесс должен включать контрольные точки постобработки и четкое распределение ответственности за конечную геометрию.
Цель прототипа | Акцент рабочего процесса | Необходимые доказательства для покупателя |
|---|---|---|
Проверка посадки при сборке | Базовые поверхности, отверстия под болты, площадки и геометрия габаритного контура. | Отчет КИМ для контролируемых поверхностей и сборочных баз. |
Обзор проточной части или горячей секции | Обработанные поверхности, состояние поверхности, предположения о тепловом воздействии и сроки инспекции. | Данные профиля, требования к чистоте поверхности и обзор поверхностных индикаций. |
Изучение производственного маршрута | Поведение при построении AM, удаление поддержек, реакция на ГИП, припуск на механическую обработку и обзор дефектов. | Инспекция в контрольных точках и выводы по первому изделию. |
Проверка реакции материала | Состояние сплава, термообработка, плотность, микроструктура и испытательные образцы, если требуется. | Материальные записи на основе спецификации покупателя. |
Границы выбора сплава и маршрута построения
Металлическая аддитивная печать не является универсальной заменой каждому литому или кованому суперсплаву. Сплав Inconel 718 часто обсуждается для прототипов суперсплавов, изготовленных методом AM, поскольку он имеет практичное окно обработки для многих геометрий, в то время как другие сплавы на основе никеля или кобальта могут требовать более тщательного рассмотрения. В RFQ следует указать требуемый сплав, допустимые правила замены (если таковые имеются), условие термообработки и предназначается ли образец для представления будущего литья, будущего механически обработанного компонента или печатного компонента для ограниченной оценки.
Утверждение материала должно оставаться отдельным от обзора технологичности. Поставщик может быть способен напечатать форму, но покупатель все еще должен решить, подходит ли маршрут использования сплава для применения и требований выпуска. Если прототип используется только для сборки или изучения производства, выбор материала может отличаться от окончательной детали горячей секции. Если прототип должен поддержать решение по материалу, RFQ должен запрашивать химическую верификацию, записи о термообработке, записи о ГИП, металлографию или механические испытания только там, где эти записи отвечают на поставленный вопрос.
Ориентация построения, удаление поддержек и припуск
Ориентация построения изменяет стоимость и риск прототипа турбины, изготовленного методом металлической аддитивной печати. Она влияет на площади контакта поддержек, качество свесов, остаточные напряжения, направление слоев, склонность к искажению и то, какие поверхности могут быть чисто обработаны механически. Прототип турбины с тонкой кромкой, изогнутым трактом потока, бобышкой, фланцем или пробным элементом системы охлаждения не должен ориентироваться только ради удобства принтера. Покупатель должен идентифицировать защищенные поверхности, косметические поверхности, функциональные поверхности и поверхности, которые могут быть пожертвованы ради поддержек.
Удаление поддержек и припуск на механическую обработку должны планироваться совместно. Если поддержки попадают на уплотнительную поверхность, поверхность воздушного тракта или сборочную базу, маршрут постобработки может потребовать дополнительной механической обработки или смешивания. Если на критической поверхности не осталось припуска, деталь может быть успешно напечатана, но не пройти размерный выпуск после ГИП или термообработки. В RFQ должно быть показано, какие поверхности являются близкими к чистовой форме (near-net), какие поверхности подвергаются механической обработке, а какие могут оставаться в состоянии после печати.
Решение по элементу | Риск AM | Инструкция для RFQ |
|---|---|---|
Ориентация длинных или тонких элементов | Искажение, нагрузка на поддержки и неравномерный припуск после постобработки. | Отметить функциональные кромки и допустимые зоны поддержек. |
Поверхности контакта поддержек | Шрамы, локальное смешивание или дополнительная механическая обработка в точках контакта. | Указать, являются ли эти области косметическими, функциональными или защищенными. |
Припуск на механическую обработку | Недостаточный припуск после ГИП, термообработки или снятия напряжений. | Определить поверхности, требующие финишной ЧПУ-обработки, и сообщить размеры. |
Зоны в состоянии после печати | Шероховатость поверхности и локальные вариации могут оставаться видимыми. | Утвердить, где состояние после печати приемлемо для использования прототипа. |
ГИП и термообработка перед финальной ЧПУ-обработкой
Вопросы ГИП и термообработки следует обсудить перед финальной механической обработкой. Для прототипов суперсплавов, изготовленных методом металлической аддитивной печати, ГИП может рассматриваться для снижения внутренней пористости или улучшения плотности, если этого требует спецификация. Термообработка может потребоваться для достижения желаемого состояния материала или для поддержки последующей механической обработки и инспекции. Эти этапы также могут незначительно изменять размеры, поэтому они обычно должны предшествовать финальной ЧПУ-обработке контролируемых поверхностей.
Покупатель должен указать, являются ли ГИП и термообработка обязательными, опциональными для рассмотрения поставщиком или исключенными из объема работ по прототипу. Коммерческое предложение с формулировкой «напечатано и обработано» может скрывать существенные различия, если один поставщик включает ГИП, термообработку, очистку и инспекцию, а другой поставляет только заготовку в состоянии после печати. Если прототип используется для изучения будущего производственного маршрута, записи о постобработке могут быть ценнее, чем просто визуально чистая деталь.
Базы ЧПУ и функциональные поверхности
Механическая обработка на станках с ЧПУ превращает напечатанный прототип в измеряемую деталь. Покупатель должен идентифицировать базы, монтажные площадки, уплотнительные поверхности, схемы отверстий, эталонные расточки, поверхности фланцев и поверхности проточной части до начала AM. Эти поверхности могут требовать дополнительного припуска, стабильного базирования и последовательности обработки, учитывающей вариации формы после печати. Прототип без определенных баз может стать сложным для инспекции, даже если деталь визуально близка к модели.
Этот план по поверхностям также определяет, требуется ли электроэрозионная обработка (EDM), сверление, шлифование или локальная отделка. Малый прототип турбины может включать отверстия, пазы, карманы или кромки, которые нельзя обработать простым фрезерованием. Если покупатель хочет деталь, готовую к испытаниям, в RFQ следует перечислить обработанные поверхности и требования к отчетам об инспекции. Если покупатель хочет только обработанную эталонную зону для последующей оценки, поставщик может предложить коммерческое предложение с более узким объемом работ по ЧПУ.
Поверхность или элемент | Почему это меняет объем работ по ЧПУ | Результат инспекции |
|---|---|---|
Сборочная база | Контролирует установку и соотношение со всеми последующими размерами. | Верификация базы на КИМ и связанные размеры. |
Поверхность проточной части | Может потребовать припуска, профильной обработки и контролируемой чистоты поверхности. | Отчет по профилю или доказательства состояния поверхности, если требуется. |
Отверстие или паз | Может потребовать сверления, EDM, развертывания или удаления заусенцев после печати и ГИП. | Записи о диаметре, положении и состоянии кромки. |
Уплотнительная или контактная поверхность | Может требовать плоскостности, чистоты обработки и защищенного обращения. | Размерный и визуальный контроль после финальной механической обработки. |
Контрольные точки инспекции для выпуска прототипа
Инспекция должна быть этапирована в соответствии с рисками в рабочем процессе. После печати поставщик может проверить зоны удаления поддержек, видимое состояние поверхности и дефекты построения. После ГИП или термообработки деталь может потребовать размерного контроля перед финальной механической обработкой. После ЧПУ могут быть выбраны КИМ, капиллярный контроль (FPI), компьютерная томография (CT), рентген, металлография, химический анализ, измерение твердости или другие записи в соответствии с чертежом и целью прототипа.
Не каждому прототипу нужен каждый тест. Полезный вопрос заключается в том, какие доказательства позволяют покупателю принять следующее решение. CT может быть уместен, когда concern вызывают внутренние каналы, толщина стенок или скрытые дефекты AM. FPI может ответить на вопрос о поверхностных индикациях после механической обработки. КИМ может ответить на вопрос, остался ли достаточный припуск после маршрута постобработки. Испытания материалов могут потребоваться, когда ожидается, что прототип будет представлять маршрут материала, а не только форму.
Переход от прототипа AM к следующему маршруту
Прототип, изготовленный методом металлической аддитивной печати, может служить мостом к литью, ковке, механической обработке из заготовки или повторному маршруту AM. Покупатель должен решить, какое обнаружение запустит следующий путь. Если образец AM доказывает только посадку и удобство обращения, следующий маршрут может все еще нуждаться в рассмотрении вакуумного литья по выплавляемым моделям или точной ковки. Если образец AM доказывает стратегию баз для механической обработки, эта информация может быть перенесена в планирование оснастки или приспособлений. Если образец показывает искажение, недостаточный припуск или проблемы с инспекцией, следующим действием может быть ревизия геометрии, а не создание дополнительных образцов.
NewayAeroTech может помочь рассмотреть эту границу перехода, но прототип не следует рассматривать как автоматическое одобрение производства. Результаты AM, ГИП, термообработки, ЧПУ и инспекции должны использоваться для закрытия конкретных вопросов. Покупатели должны разделять образцы для разработки, валидацию первого изделия и требования к повторному производству, чтобы коммерческое предложение не смешивало задачи обучения с ожиданиями повторной поставки.
Данные RFQ для прототипов Metal AM CNC HIP
Отправьте 2D-чертеж, 3D-модель, марку материала, предполагаемую цель прототипа, количество, критические поверхности, схему базирования, предпочтительные ограничения построения (если известны), ограничения по поддержкам, требования к ГИП, требования к термообработке, поверхности для механической обработки, требования к чистоте поверхности, записи об инспекции и решение, которое должен поддержать прототип. Если проект может перейти к литью, ковке или повторному AM, включите ожидаемое состояние следующего маршрута и то, какие результаты прототипа будут использованы для принятия этого решения.
NewayAeroTech может рассмотреть маршруты прототипов металлической аддитивной печати, когда покупатели определяют технический вопрос, стоящий за образцом. Четкий RFQ помогает разделить поставку печатных заготовок, доставку прототипов после постобработки, валидацию первого изделия после механической обработки и поддержку производства следующего маршрута. Это делает коммерческое предложение более полезным, чем простой запрос на печать детали турбины.
Связанные часто задаваемые вопросы
Каковы преимущества 3D-печати в производстве компонентов газовых турбин?
Почему сплав Inconel 718 хорошо подходит для 3D-печати методом SLM?
Какие этапы постобработки необходимы для деталей из сплава Inconel 718, напечатанных методом SLM?
Какие конкретные свойства улучшает ГИП в отливках из суперсплавов?
Как термообработка и ГИП дополняют ЧПУ-обработку в производстве?
Какие дефекты могут выявить испытания материалов в деталях из суперсплавов?
